DISPOSITIVOS ELECTROLUMINISCENTES

CAPACITORES DIODOS EMISORES DE LUZ

CORRIENTE ALTERNA

CORRIENTE DIRECTA

LEDINORGÁICO

LED ORGÁNICOOLED

POLVOACPEL

PELICULA DELGADAACTFEL

POLVODCPEL

PELICULA DELGADADCTFEL

MOLECULASPEQUEÑAS

POLÍMEROS

LÁMPARAS ELECTROLUMINISCENTES FLEXIBLES.

Las lámparas electroluminiscentes convierten la energía eléctrica de corriente alterna en luz, cuando se le aplica una diferencia de potencial de entre 100 a 800 Vpp, en un rango de frecuencia de 100 a 5000 Hz .

Características: - Bajo consumo de energía, - No utilizan materiales peligrosos- No hay filamentos que se rompan- No emiten calor, son fríos al tacto- No requieren mantenimiento- Altamente visible en la oscuridad, humo y niebla etc.-Flexibles.

Aplicaciones en iluminación de teléfonos celulares, relojes, paneles de control, decoración arquitectónica, etc.

Caracterización de una lámpara electroluminiscente: Estructura

Apagada

Activada

2cm

EstructuraCapa de fósforo

3DUWtFXODVGHIyVIRUR

7LWDQDWRGHEDULR

$ OXP LQLR

3ROLpVWHU

Ï [ LGRGHLQGLR\ HVWDxR

3HJDP HQWR

3HJDP HQWR

&DSDRUJi QLFD

3ROLpVWHU

3ROLpVWHU

3HJDP HQWR

Ï [ LGRGH,QGLR\ HVWDxR,72

3DUWtFXODVGHIyVIRUR 7LWDQDWRGHEDULR

$OXP LQLR

3ROLpVWHU

5DQXUD

3HJDP HQWR

&DSDRUJi QLFD

Eficiencia 85%

Caracterización de una lámpara electroluminiscente: Voltaje y luminancia

Diagrama a bloques para medición de luminancia

2cm

* HQHUDGRUGHIRUP DGHRQGDDUELWUDULD

( VSHFWUyP HWUR 8 6%

&LUFXLWR( TXLYDOHQWH / i P SDUD$ &3( /

) RWRWUDQVLVWRU 97

/ X[ yP HWUR / 0

-

9

9

9

9

,

5 V

&V

5 S

&S

5 OLP

2 VFLORVFRSLR

$ 0 3

&XDGUDGD %LSRODU &5 6HQRLGDO 5 DP SD 2 QGD

) UHF

N+]

N+]

N+]

Comportamiento de picos de luminancia a diferentes frecuencias con diferentes formas de onda

Frecuencia

(kHz)

Cuadrada

L ɳ

SR

L ɳ

Bipolar

L ɳ

Senoidal

L ɳ

Rampa

L ɳ 0.5 9.84 0.16 6.88 0.17 5.55 0.21 5.83 0.17 4.55 0.171.0

15.95 0.22 12.64 0.23 8.05 0.29 9.14 0.23 6.88 0.225.0

37.46 0.41 25.43 0.41 13.08 0.44 21.55 0.41 12.22 0.35

Tabla de eficiencia de la lámpara electroluminiscente

/ RQJLWXGGHRQGDQP

( VSHFWURSURSRUFLRQDGR SRUIDEULFDQWH

( VSHFWURREWHQLGRFRQHVSHFWUyP HWUR8 6%

,QWH

QVLG

DGDX

Espectro luminoso

Construcción del sistema para deposición de materiales Magnetrón sputtering

9HQWDQDGH&XDU] R ( QWUDGD6DOLGD

GHVXEVWUDWRV

) XHQWH&' SXOVDGD

) XHQWH&$ ELSRODUSXOVDGD

5 HDFWRU

0 DJQHWUyQ

6SXWWHULQJ

6RQGD GH$ OWR 9ROWDMH

6HQVRU GHSUHVLyQ

%RP ED 7XUERP ROHFXODU

&RQWURODGRU GHSUHVLyQ

9i OYXOD

9i OYXOD

9i OYXOD

Exterior Interior

Cátodo

Imanes

3ODVP D 6HQVRUGH

3UHVLyQ

&RQWURODGRU

ÈQRGR

/ HQWHV

6XEVWUDWR

,P DQHV

%ODQFRWDUJHW

&i WRGR

( VSHFWUyP HWUR

6RQGDGH ) LEUDÏ SWLFD

' LVWDQFLD $ MXVWDEOH

) XHQWH&$ ELSRODUSXOVDGD

%RP ED 0 HFi QLFD

%RP ED 7XUERP ROHFXODU

5 HDFWRU0 DJQHWUyQ 6SXWWHULQJ

4 4

9 ' 9 ' vd

id

& 9

/ 7

$U

2

0 HFDQLVP RSDUD GHVSOD] DUHOi QRGR

9HQWDQD GHFXDU] R

/ tQHDVHVSHFWUDOHV

Diagrama a bloques del sistema Magnetrón sputtering en modo reactivo

Tipos de fuentes para magnetrón sputtering

$ U

$ U

$ U

$ U

$ U

9

9-

H- H-

H-

H-

H-

%ODQFRWDUJHW %ODQFRWDUJHW

6SXWWHULQJ 1 RUP DO

/ LP SLH] D GHFDUJDV

) XHQWH&' SXOVDGD

Fuente CD bipolar pulsadaFuente CA bipolar pulsada (Safi y Colaboradores)

Magnetrón sputtering de alto impulsoHIPIMS o HPPMS

Fuente AC Bipolar Pulsada

Desarrolladas en esta investigación

DC bipolar pulsa

9R

OWDM

HN9

-

-

7LHP SR V

- -

-

-

7LHP SR V

9R

OWD

MHN

9

-

-

-

- -

Fuente CA bipolar pulsada para Magnetrón Sputtering

Características Físicas;•Pocos elementos

•Tamaño compacto•Ligero

Eléctricas;Modo boost (pulsos)

Voltaje :100 V– 8 kVppFrecuencia :50-60 kHzModo cuasiresonante

SenoidalVoltaje :100 V– 4 kVppFrecuencia :130 kHz

Alta eficiencia

Ventajas en Sputtering•Ignición a presión baja

0.8-1.0 Pa con una distancia entre electrodos

de 40 a 50 mm

Desventajas•Requiere de otras fuentes

•Requiere enfriamiento

Circuito esquemático

V I

9R

OWD

MH9

-

-

7LHP SR V

-

-

&R

UULH

QWH

P$

9R

OWDM

H9

-

-

-

V I

7LHP SR V

-

-

-

&R

UULH

QWH

P$

-

Formas de onda

Fuente CD bipolar pulsada para Magnetrón Sputtering

Características:

Eléctricas;Voltaje variable:0-400 +VCD y 0-1000 -VCDFrecuencia :5-80 kHzCiclo de trabajo: 5 -95 %

Ventajas Sputtering•Se pueden variar el ancho del pulso lo que ayuda a la ignición•Los electrodos se calientan ligeramente en el proceso (20-30 min)

Desventajas•Ignición a presión mediana 2.0-3.0 Pa con una distancia entre electrodos de 30 a 40 mm•Requiere de otra fuente y dos pilas de 9v

9R

OWD

MHN

9

-

-

7LHP SR V

- -

-

-

Diagrama a bloques

Forma de onda9

ROW

DMH

9

-

-

-

-

7LHP SR V - -

&R

UULH

QWH

P$

-

-

-

-

Aplicaciones de la fuente bipolar pulsada en plasma no térmicos de baja potencia

Descargas luminosas en soluciones salinas

Descargas luminosas en Magnetrón Sputtering Descarga luminosa en un reactor

de Barrera dielectrica

Descarga luminosa en líquidos

Eficiencia 89%

&R

UULH

QWH

P$

V I

-

-

-

-

- - -

-

-

-

-

9R

OWD

MHN

9

7LHP SR V

Eficiencia 85%

Depósitos obtenidos con sistema magnetrón sputtering

Aleación en modo reactivo

Metálico

Dieléctrico

TiposCapas dispositivo

Aluminio Aluminio/cobre

Zinc

Depósitos de Zinc, oxido de zinc y zinc/aluminio en substratos flexibles

Sustratos flexibles

Deposito de electrodo conductivo transparente TCO

DisplayCeldas Solares

Electroluminiscentes

Depósitos obtenidos de Zinc, Oxido de zinc y zinc/aluminio en modo reactivo

Condiciones de deposición:Gas: Argón/oxigenoPresión trabajo: 0.6 – 1.0 Pa (4 mTorr)Blanco: zinc /aluminioDistancia entre los electrodos: 50 mm.Frecuencia: 50 kHzTiempo pre ionización: 5- 10 minutosTiempo deposición: 5- 10 minutos

Ï [ LGRGH=LQF

=LQF

&i WRGR

%ODQFR

=LQF-$OXP LQLR

$OXP LQLR

Medición de resistividad

Electrodo conductivo transparente obtenido con AC pulsada.

Elemento Línea Espectro %Elemento %AtómicoO K ED 66,9970691 88,66345Al K ED 1,40424222 1,101919Zn K ED 31,5986902 10,23463

Tabla de porcentaje de elementos

Condiciones de deposición:Gases: flujo argón 420 sccm flujo oxigeno 10 sccmPresión trabajo: 0.6 – 1.0 Pa (4 mTorr)Blanco: zinc /aluminioDistancia entre los electrodos: 50 mm.Frecuencia: 50 kHzTiempo pre ionización: 10 minutosTiempo deposición: 5 minutos

Resistividad de 500 mΩcm

Espectro ESD

Micrografía de la estructura del electrodo

Estudios de espectroscopia con espectrómetro irH550

Sistema de medición de espectroscopia para el reactor magnetrón sputtering

( VSHFWUyP HWUR

5 HDFWRU 0 DJQHWUyQ

9HQWDQD GHFXDU] R

3UR\ HFFLyQGH GHVFDUJDOXP LQRVD

9 i OYXOD

9 i OYXOD

( QWUDGD* DVHV

Espectros luminosos obtenidos en modo reactivo con espectrómetro USB 4000

Flujo de argón :520 sccm y oxigeno: 20 sccm

Flujo de oxigeno: 300sccm y Argon 20 sccm

Espectro luminoso Ar/02

Espectro luminoso 02

,QWH

QV

LGD

G$

8

/ RQJLWXGGHRQGDQP

$ U

$ U

=Q

$ U

$ U

$ U

$ U

=Q $ O

2

$ U

,QWH

QV

LGD

GD

X

/ RQJLWXGGHRQGDQP

2

2 2

$ O $ O $ U =Q

Elemento Longitud de

onda ( nm)

Niveles de

Energía (Ei- EK)

Argón I 750.39 13.48-11.83

Argón I 751.47 13.27-11.62

Argón I 763.51 13.17-11.55

Argón I 772.38 13.15-11.55

Oxigeno 777.19 10.74-9.15

Oxigeno 777.42 10.74-9.15

Aluminio 394.40 3.14-0.0000

Zinc 481.0. 3.2 -0.0000

Elementos analizados

Belkind y colaboradores utilizaron líneas espectrales sputtering con depósitos de aluminio y titanio en mezcla de argón y oxígeno [Be-

2005].

Elemento Longitud de

onda ( nm)

Niveles de

Energía (Ei- EK)

Argón I 620 13.48-11.83

Aluminio 520 3.14-0.0000

Aluminio 600 3.14-0.0000

Oxigeno 777.42 10.74-9.15

Oxigeno 849.4 10.74-9.15

Zinc 631..0. 3.2 -0.0000

Espectro luminoso obtenido con irH550 a diferentes potencias

Elemento Longitud de

onda ( nm)

Niveles de

Energía (Ei-

EK)

Aluminio 360.30 3.14-0.0000

Elemento Longitud de

onda ( nm)

Niveles de

Energía (Ei-

EK)

Zinc 429.9 3.2 -0.0000

Efecto indeseable con rediseño del cátodo

Elemento Longitud de

onda ( nm)

Niveles de

Energía (Ei-

EK)

Argón 749.13 3.14-0.0000

Elemento Longitud de

onda ( nm)

Niveles de

Energía (Ei-

EK)

Argón 75730 3.14-0.0000

Se analizaron los elementos zinc, aluminio y argón,

comportamiento lineal conforme aumenta la potencia de 20 a 40 W

Espectros luminosos obtenidos en modo reactivo con diferentes potencias

Se analizó los elementos de: zinc, aluminio, argón y oxigeno con potencias

de 21, 39 y 56 W Existe estabilidad en el proceso con el

incremento de potencia.

Elemento Longitud ( nm)

Aluminio IV 360.20

Aluminio I 394.4

Elemento Longitud ( nm)

Argón I 750.3

Argón I 751..4

Argón I 763.5

Argón I 772.3

Elemento Longitud ( nm)

Zinc I 429.95

Elemento Longitud ( nm)

Oxigeno I 777.4

Oxigeno I 777.6

Fuente de poder bipolar pulsada

7

4 4

9 '

&

/ LQ

9 '

9LQ

&RQWURODGRU

&DUJD

/ U

Circuito push pull básico9 '

7LHP SR

7LHP SR

7LHP SR

7LHP SR

7LHP SR

7LHP SR

1RUP DO

%RRVW

%XFN

9 9 9ROWDMHGHVDOLGD

IU IV

IU! IV

IUIV

IU IV

IU! IV

IUIV

9 ' 9 '

D D

E E

F F

9ROWDMHHQHOGUHQDMHGHORVWUDQVLVWRUHV

Modos de operación del Circuito inversor CFPPRI [Gu-1993]

Diagrama a bloques de la fuente de corriente alterna bipolar pulsada controlada por el PIC 16HV785

3: 0 3: 0 ' ULYHUV

&RQYHUWLGRU&$ D' &

) LOWUR &$

3,&+9

5 HWURDOLP HQWDFLyQ $ ' &

( WDSD 3XVK3XOO &DUJD

9

5HGGH $ FRSODP LHQWR

&RP SDUDGRU 9ROWDMH

UHIHUHQFLD

5 HGGH SURWHFFLyQ 6QXEHU

LB 1mH

C1

20uF

S1

V3

180V

A

B

C

D

R2

100m

D1 S2 S3

C2

1uF

R1100k

RA0/AN0/C1IN+/ICSPDAT19

RB7/SYNC10

RC0/AN4/C2IN+ 16

RC1/AN5/C12IN1-/PH1 15

RC2/AN6/C12IN2-/OP2 14

RC3/AN7/C12IN3-/OP1 7

RC4/C2OUT/PH2 6

RC5/CCP1 5

RC6/AN8/OP1- 8

RA4/AN3/T1G/OSC2/CLKOUT3

RA5/T1CKI/OSC1/CLKIN2

RB4/AN10/OP2-13

RB5/AN11/OP2+12

RB611

RA1/AN1/C12IN0-/VREF/ICSPCLK18

RA3/MCLR/VPP4RA2/AN2/T0CKI/INT/C1OUT17

RC7/AN9/OP1+ 9

U1

PIC16HV785

R3

47k

R410k

R5

10k

R610kR7

220

R8

100

+88.8

Volts

R9

10k

R10

C3

1uF C4

1uFR11 22k

R12

22k

R13

D2

D3

D4

D5

D6

R1410k

D7

C51nF

Simulación con PROTEUS